Sistema de visão e laser para percepção em ambientes subaquáticos

A exploração do meio subaquático utilizando visão computacional é ainda um processo complexo. Geralmente são utilizados sistemas de visão baseados em visão stereo, no entanto, esta abordagem apresenta limitações, é pouco precisa e é exigente em termos computacionais quando o meio de operação é o subaquático. Estas limitações surgem principalmente em dois cenários de aplicação: quando existe escassez de iluminação e em operações junto a infraestruturas subaquáticas. Consequentemente, a solução reside na utilização de fontes de informação sensorial alternativas ou complementares ao sistema de visão computacional. Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de um sistema de percepção subaquático que combina uma câmara e um projetor laser de um feixe em linha, onde o projetor de luz estruturada _e utilizado como fonte de informação. Em qualquer sistema de visão computacional, e ainda mais relevante em sistemas baseados em triangulação, a sua correta calibração toma um papel fulcral para a qualidade das medidas obtidas com o sistema. A calibração do sistema de visão laser foi dividida em duas etapas. A primeira etapa diz respeito à calibração da câmara, onde são definidos os parâmetros intrínsecos e os parâmetros extrínsecos relativos a este sensor. A segunda etapa define a relação entre a câmara e o laser, sendo esta etapa necessária para a obtenção de imagens tridimensionais. Assim, um dos principais desafios desta dissertação passou por resolver o problema da calibração inerente a este sistema. Desse modo, foi desenvolvida uma ferramenta que requer, pelo menos duas fotos do padrão de xadrez, com perspectivas diferentes. O método proposto foi caracterizado e validado em ambientes secos e subaquáticos. Os resultados obtidos mostram que o sistema _e preciso e os valores de profundidade obtidos apresentam um erro significativamente baixo (inferiores a 1 mm), mesmo com uma base-line (distância entre a centro óptico da câmara e o plano de incidência do laser) reduzida.

Plataforma de gestão de guias de programação de TV digital

Com o consumismo de mais variedade e qualidade de informação, assim como, produtos interativos, surgiu a necessidade de apresentar mais conteúdos, para além da programação de televisão comum. Com os avanços tecnológicos ligados à indústria da televisão e sua distribuição nos lares portugueses pelos operadores de TV, a quantidade de oferta de canais deixou de ser um foco, passando a ser prioritário a melhoria da experiência do cliente. Com a introdução de novas funcionalidades nas caixas recetoras de sinais de transmissão de canais, como por exemplo, a capacidade de apresentar informações adicionais sobre os programas, desde da sua apresentação em modo trailer até ao elenco detalhado que o compõe, os clientes podem ter uma nova experiência de interação com os serviços de TV. A funcionalidade de gravação agendada de programas levou ao próximo ponto de melhoria de experiência do cliente. As gravações que resultavam em programas indevidamente cortados, quer no seu início quer no seu fim, foi um dos motivos que levou os operadores de TV a procurarem um melhor serviço de gestão de guias de programação digitais. A InfoPortugal, entidade detentora do seguinte projeto e EPG Provider de algumas operadoras de TV nacionais, viu-se obrigada a atualizar os seu sistemas de distribuição de conteúdos, para responder à evolução dos requisitos dos seus clientes.

Sistema de mapeamento e localização simultânea para inspecção subaquática

A sequente dissertação resulta do desenvolvimento de um sistema de navegação subaquático para um Remotely Operated Vehicle (ROV). A abordagem proposta consiste de um algoritmo em tempo real baseado no método de Mapeamento e Localização Simultâneo (SLAM) a partir de marcadores em ambientes marinhos não estruturados. SLAM introduz dois principais desafios: (i) reconhecimento dos marcadores provenientes dos dados raw do sensor, (ii) associação de dados. Na detecção dos marcadores foram aplicadas técnicas de visão artificial baseadas na extracção de pontos e linhas. Para testar o uso de features no visual SLAM em tempo real nas operações de inspecção subaquáticas foi desenvolvida uma plataforma modicada do RT-SLAM que integra a abordagem EKF SLAM. A plataforma é integrada em ROS framework e permite estimar a trajetória 3D em tempo real do ROV VideoRay Pro 3E até 30 fps. O sistema de navegação subaquático foi caracterizado num tanque instalado no Laboratório de Sistemas Autónomos através de um sistema stereo visual de ground truth. Os resultados obtidos permitem validar o sistema de navegação proposto para veículos subaquáticos. A trajetória adquirida pelo VideoRay em ambiente controlado é validada pelo sistema de ground truth. Dados para ambientes não estruturados, como um gasoduto, foram adquiridos e obtida respectiva trajetória realizada pelo robô. Os dados apresentados comprovam uma boa precisão e exatidão para a estimativa da posição.

Manobras de condução assistida para veículos submarinos subactuados

A intervenção humana no manuseamento de veículos submarinos operados remotamente (ROVs) é um requisito necessário para garantir o sucesso da missão e a integridade do equipamento. Contudo, a sua teleoperação não é fácil, pelo que a condução assistida destes veículos torna-se relevante. Esta dissertação propõe uma solução para este problema para ROVs de 3DOF (surge, heave e yaw). São propostas duas abordagens distintas – numa primeira propõe-se um sistema de controlo Image Based Visual Servoing (IBVS) tendo em vista a utilização exclusiva de uma câmara (sensor existente neste tipo de sistemas) por forma a melhorar significativamente a teleoperação de um pequeno ROV; na segunda, propõe-se um sistema de controlo cinemático para o plano horizontal do veículo e um algoritmo de uma manobra capaz de dotar o ROV de movimento lateral através de uma trajectória dente-de-serra. Demonstrou-se em cenários de operação real que o sistema proposto na primeira abordagem permite ao operador de um ROV com 3DOF executar tarefas de alguma complexidade (estabilização) apenas através de comandos de alto nível, melhorando assim drasticamente a teleoperação e qualidade de inspecção do veículo em questão. Foi também desenvolvido um simulador do ROV em MATLAB para validação e avaliação das manobras, onde o sistema proposto na segunda abordagem foi validado com sucesso.

Sistema de televisão interactiva para o mercado hoteleiro

A Nonius Software é uma empresa nacional de engenharia na área de telecomunicações, que se dedica ao desenvolvimento de soluções para a gestão de sistemas informáticos e de entretenimento, tendo como finalidade o mercado mundial hoteleiro e hospitalar. A solução de TV interactiva da Nonius oferece uma experiência única ao hóspede, ao disponibilizar várias opções de entretenimento e acesso a conteúdos de elevada qualidade e interesse. O hóspede tem acesso a canais de TV, aluguer de filmes, Internet, jogos, informações, promoções e compras na TV. O objectivo principal desta dissertação foi implementar alguns serviços de entretenimento numa televisão LG Pro: Centric. Este equipamento tem como principal vantagem o facto de conter a set-top-box inserida dentro da própria televisão. Em termos arquitectónicos, o sistema Nonius TV tem dois elementos fundamentais: o backend, responsável pelo processamento e tratamento da informação centralizada e o frontend instalado nos dispositivos com os quais o hóspede contacta directamente. Uma parte significativa do trabalho desenvolvido centrou-se na implementação de funcionalidades no backend. Foram, no entanto, também desenvolvidas algumas funcionalidades nos serviços de frontend. Para o cumprimento dos objectivos estabelecidos, foi utilizada a tecnologia FLASH, tendo como linguagem de programação a segunda versão do ActionScript. Relativamente ao desenvolvimento de backend são utilizados o PHP e o JavaScript.

Análise do potencial de aprendizagem em ambiente de sala de espera. Proposta de protótipo

Sempre que temos necessidade de nos deslocarmos a uma instituição de saúde para uma consulta ou para um exame clínico, somos sistematicamente obrigados a esperar num local para o efeito onde se encontram, por norma, outros utentes e/ou pacientes em espera. Este local é tradicionalmente denominado como sala de espera, na qual são normalmente disponibilizadas revistas e jornais com o intuito de proporcionar aos utentes alguma distração enquanto aguardam pela consulta. Este tempo de espera costuma provocar e despoletar um “turbilhão” de sensações durante esse período, que podem mesmo chegar a ser antagónicas. Estes espaços de espera têm evoluído verificando-se a inclusão de elementos tecnológicos, com o intuito de tornar o “ato de espera” menos pesado e mais agradável para os seus utentes. A inclusão de televisões evidenciou uma evolução no processo de descontração do paciente em espera, passando de um espaço onde inicialmente a informação e/ou meios de distração se baseava apenas em revistas ou jornais. De acordo com a evidente evolução tecnológica e a banalização do acesso à Internet, pretendeu-se investigar a possibilidade de proporcionar, aos utentes em espera, uma aprendizagem (ainda que momentânea) através da transmissão de informação útil sobre a área da saúde (informação de carácter geral ou específico). Para o efeito, analisou-se a possibilidade deste tipo de espaços poderem usufruir de equipamentos tecnológicos como, por exemplo, computadores ou ecrãs informativos interativos e aferir as facilidades de acesso à Internet. Neste âmbito, procurou-se ainda evidenciar e demonstrar a importância do espaço da sala de espera, analisando quais as suas principais funções e como são atualmente utilizadas. A análise a este tipo de espaço e às suas caraterísticas permitiu efetuar uma caracterização de possíveis tipologias de sala de espera. Para além disso, efetuou-se um estudo para analisar de que forma se poderia dinamizar este espaço, tendo sempre presente o paciente em espera como centro de atenções, visto que é ele o principal utilizador deste tipo de espaço. Posteriormente idealizou-se e desenvolveu-se um protótipo, com o intuito de investigar a possibilidade de proporcionar a transmissão de conhecimento adicional (“educar”) através da transmissão de informação útil aos pacientes (por exemplo, sobre tratamentos e/ou doenças), difundindo-a nos ecrãs disponíveis na sala de espera. Por fim, avaliou-se o seu potencial para validar se é possível e útil aprender durante a espera.

Autonomous bathymetry for risk assessment with ROAZ robotic surface vehicle

The use of unmanned marine robotic vehicles in bathymetric surveys is discussed. This paper presents recent results in autonomous bathymetric missions with the ROAZ autonomous surface vehicle. In particular, robotic surface vehicles such as ROAZ provide an efficient tool in risk assessment for shallow water environments and water land interface zones as the near surf zone in marine coast. ROAZ is an ocean capable catamaran for distinct oceanographic missions, and with the goal to fill the gap were other hydrographic surveys vehicles/systems are not compiled to operate, like very shallow water rivers and marine coastline surf zones. Therefore, the use of robotic systems for risk assessment is validated through several missions performed either in river scenario (in a very shallow water conditions) and in marine coastlines.

ROAZ Autonomous Surface Vehicle Design and Implementation

The design of an Autonomous Surface Vehicle for operation in river and estuarine scenarios is presented. Multiple operations with autonomous underwater vehicles and support to AUV missions are one of the main design goals in the ROAZ system. The mechanical design issues are discussed. Hardware, software and implementation status are described along with the control and navigation system architecture. Some preliminary test results concerning a custom developed thruster are presented along with hydrodynamic drag calculations by the use of computer fluid dynamic methods.

Swordfish: an Autonomous Surface Vehicle for Network Centric Operations

The design and development of the swordfish autonomous surface vehicle (ASV) system is discussed. Swordfish is an ocean capable 4.5 m long catamaran designed for network centric operations (with ocean and air going vehicles and human operators). In the basic configuration, Swordfish is both a survey vehicle and a communications node with gateways for broadband, Wi-Fi and GSM transports and underwater acoustic modems. In another configuration, Swordfish mounts a docking station for the autonomous underwater vehicle Isurus from Porto University. Swordfish has an advanced control architecture for multi-vehicle operations with mixed initiative interactions (human operators are allowed to interact with the control loops).

Autonomous Surface Vehicle Docking Manoeuvre with Visual Information

This work presents a hybrid coordinated manoeuvre for docking an autonomous surface vehicle with an autonomous underwater vehicle. The control manoeuvre uses visual information to estimate the AUV relative position and attitude in relation to the ASV and steers the ASV in order to dock with the AUV. The AUV is assumed to be at surface with only a small fraction of its volume visible. The system implemented in the autonomous surface vehicle ROAZ, developed by LSA-ISEP to perform missions in river environment, test autonomous AUV docking capabilities and multiple AUV/ASV coordinated missions is presented. Information from a low cost embedded robotics vision system (LSAVision), along with inertial navigation sensors is fused in an extended Kalman filter and used to determine AUV relative position and orientation to the surface vehicle The real time vision processing system is described and results are presented in operational scenario.

Marine Operations with the SWORDFISH Autonomous Surface Vehicle

IEEE Robótica 2007 - 7th Conference on Mobile Robots and Competitions, Paderne, Portugal 2007

An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle

OCEANS, 2001. MTS/IEEE Conference and Exhibition (Volume:2 )

A control framework for a remotely operated vehicle

A control framework enabling the automated maneuvering of a Remotely Operate Vehicle (ROV) is presented. The control architecture is structured according to the principle of composition of vehicle motions from a minimal set of elemental maneuvers that are designed and verified independently. The principled approach is based on distributed hybrid systems techniques, and spans integrated design, simulation and implementation as the same model is used throughout. Hybrid systems control techniques are used to synthesize the elemental maneuvers and to design protocols, which coordinate the execution of elemental maneuvers within a complex maneuver. This work is part of the Inspection of Underwater Structures (IES) project whose main objective is the implementation of a ROV-based system for the inspection of underwater structures.

Coordinated Maneuver for Gradient Search Using Multiple AUV's

OCEANS 2003. Proceedings (Volume:1 )

Hybrid Maneuver for Gradient Search with Multiple Coordinated AUVs

This work presents a hybrid maneuver for gradient search with multiple AUV's. The mission consists in following a gradient field in order to locate the source of a hydrothermal vent or underwater freshwater source. The formation gradient search exploits the environment structuring by the phenomena to be studied. The ingredients for coordination are the payload data collected by each vehicle and their knowledge of the behaviour of other vehicles and detected formation distortions.